JP5622031B2 - Electric power steering device - Google Patents

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Description

この発明は、操作部材に加えられる操舵トルクに基づいてモータを制御することによって、操舵トルクに応じた操舵補助力をモータによって発生させる電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to an electric power steering apparatus in which a motor is generated based on a steering torque applied to an operation member, thereby generating a steering assist force according to the steering torque.

電動パワーステアリング装置として、下記特許文献１の図４に記載されたものがある。この従来の電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール（操作部材）に加えられる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、操舵トルク検出手段によって検出された操舵トルクに基づいてモータを制御する電動機制御手段とを備えている。電動機制御手段は、不感帯領域生成手段、飽和領域生成手段および偏差演算手段および制御信号発生手段を備えている。   As an electric power steering device, there is one described in FIG. This conventional electric power steering apparatus includes a steering torque detection unit that detects a steering torque applied to a steering wheel (operation member), and an electric motor control unit that controls a motor based on the steering torque detected by the steering torque detection unit. It has. The motor control means includes a dead zone region generating unit, a saturation region generating unit, a deviation calculating unit, and a control signal generating unit.

操舵トルク検出手段から出力される操舵トルク信号は、不感帯領域生成手段に供給される。不感帯領域生成手段は、操舵トルク信号が零付近の領域においては、操舵トルク信号が零となる非線形の不感帯領域を生成する。これにより、操舵トルクが零付近である場合にモータ電流を流さない不感帯を設けることができる。不感帯領域生成手段によって不感帯領域が生成された操舵トルク信号は、飽和領域生成手段に供給される。   The steering torque signal output from the steering torque detection means is supplied to the dead zone region generation means. The dead zone generating means generates a non-linear dead zone where the steering torque signal is zero in a region where the steering torque signal is near zero. As a result, it is possible to provide a dead zone where no motor current flows when the steering torque is near zero. The steering torque signal in which the dead zone region is generated by the dead zone generation unit is supplied to the saturation region generation unit.

飽和領域生成手段は、操舵トルク信号の絶対値が所定値以上の領域においては、操舵トルク信号が一定値となる非線形の飽和領域を生成する。飽和領域生成手段によって飽和領域が生成された操舵トルク信号は、目標電流信号として偏差演算手段に供給される。偏差演算手段は、目標電流信号とモータ電流信号との偏差を演算する。制御信号発生手段は、この偏差に対するＰＩＤ演算を行なうことにより、指示電圧を生成し、指示電圧に応じたデューティ比を有するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成する。このＰＷＭ信号がモータ駆動手段に供給されることにより、モータがＰＷＭ駆動される。   The saturation region generating means generates a nonlinear saturation region in which the steering torque signal has a constant value in a region where the absolute value of the steering torque signal is equal to or greater than a predetermined value. The steering torque signal in which the saturation region is generated by the saturation region generation unit is supplied to the deviation calculation unit as a target current signal. The deviation calculating means calculates a deviation between the target current signal and the motor current signal. The control signal generation means generates a command voltage by performing a PID calculation on the deviation, and generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal having a duty ratio corresponding to the command voltage. By supplying this PWM signal to the motor drive means, the motor is PWM driven.

前記従来の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクが零付近である場合にモータ電流が流れない不感帯を設けるためには、不感帯領域生成手段が必要となる。特に、制御手段をアナログ回路で構成する場合には、専用の回路が必要となるため、装置が大型化するとともにコストが高くなる。
そこで、下記特許文献１の図１〜図３には、不感帯領域生成手段が不要となる電動パワーステアリング装置が示されている。この従来の電動パワーステアリング装置では、操舵トルク検出手段として、特殊な操舵トルクセンサが用いられる。具体的には、操舵トルクセンサは、操舵トルクに対応して線形の操舵トルク信号を出力する線形領域と、非線形の操舵トルク信号を出力する非線形領域とを備えるように構成されている。非線形領域には、操舵トルクが零付近の場合に操舵トルク信号を零に保持する不感帯領域がある。この従来の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクが零付近である場合にモータ電流が流れない不感帯を設けるためには、不感帯領域生成手段等の専用の回路を付加する必要はなくなるが、特殊な操舵トルクセンサが必要となるため、コストが高くなる。 In the conventional electric power steering apparatus, in order to provide a dead zone where the motor current does not flow when the steering torque is near zero, a dead zone region generating means is required. In particular, when the control means is constituted by an analog circuit, a dedicated circuit is required, which increases the size of the apparatus and increases the cost.
Therefore, FIGS. 1 to 3 of Patent Document 1 below show an electric power steering apparatus that eliminates the need for the dead zone region generating means. In this conventional electric power steering apparatus, a special steering torque sensor is used as the steering torque detection means. Specifically, the steering torque sensor is configured to include a linear region that outputs a linear steering torque signal corresponding to the steering torque, and a nonlinear region that outputs a nonlinear steering torque signal. The non-linear region includes a dead zone region in which the steering torque signal is held at zero when the steering torque is near zero. In this conventional electric power steering device, in order to provide a dead zone where the motor current does not flow when the steering torque is near zero, it is not necessary to add a dedicated circuit such as a dead zone generating means, but a special steering Since a torque sensor is required, the cost increases.

特開平10-76960号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-76960

この発明の目的は、操舵トルクが零付近である場合にモータ電流が流れない不感帯を設けることができ、しかも構成が簡単でコストが低い電動パワーステアリング装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that can provide a dead zone in which a motor current does not flow when the steering torque is near zero, and that is simple in configuration and low in cost.

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、操舵補助力を発生するためのモータ（３）と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（１）と、前記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクに基づいて、前記モータをオープンループ制御する制御手段（２）とを含み、前記制御手段は、前記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクに応じた電圧指令値であって、前記操舵トルクの絶対値が零より大きな第１の所定値（Ｔ１）未満である領域に対して電圧指令値が零となる不感帯が設定されていない電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段（２１）と、予め設定された一定の周波数を有し、前記電圧指令値生成手段によって生成される電圧指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段（２２，２３）と、ＰＷＭ信号生成手段によって生成されたＰＷＭ信号に応じてオンオフされる複数のスイッチング素子を含むモータ駆動回路（２４）とを含み、前記操舵トルクの前記第１の所定値に対応する前記ＰＷＭ信号のデューティ比を第２の所定値（Ａ）とすると、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が前記第２の所定値未満であるときの前記ＰＷＭ信号のパルス幅が、当該パルスによってオンされる前記スイッチング素子を介して前記モータに流れるモータ電流の立ち上がり時間（Ｔ Ｕ ）よりも短くなるように、前記ＰＷＭ信号の周波数が設定されている、電動パワーステアリング装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。 The invention according to claim 1 for achieving the above object includes a motor (3) for generating a steering assist force, a steering torque detecting means (1) for detecting steering torque, and the steering torque detecting means. based on the steering torque detected, the motor and a open-loop control to control means (2), said control means is a voltage command value corresponding to the steering torque detected by said steering torque detecting means A voltage command value generating means for generating a voltage command value in which a dead zone in which the voltage command value is zero is not set for a region where the absolute value of the steering torque is less than a first predetermined value (T1) greater than zero. and (21), has a constant frequency which is set in advance, the PWM signal generating hand for generating a PWM signal having a duty ratio corresponding to the voltage command value generated by the voltage command value generating means And (22, 23), and a motor driving circuit (24) including a plurality of switching elements is turned on and off in response to the PWM signal generated by the PWM signal generating means, to said first predetermined value of the steering torque When the duty ratio of the corresponding PWM signal is a second predetermined value (A), the pulse width of the PWM signal when the duty ratio of the PWM signal is less than the second predetermined value is turned on by the pulse. In the electric power steering apparatus, the frequency of the PWM signal is set to be shorter than the rise time (T U ) of the motor current flowing through the motor via the switching element . In addition, although the alphanumeric character in parentheses represents a corresponding component in an embodiment described later, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment. The same applies hereinafter.

ＰＷＭ信号のデューティ比が同じ場合には、ＰＷＭ信号の周波数が高いほど、ＰＷＭ信号のパルス幅は短くなる。一方、モータ電流が立ち上がる際には、モータの内部インダクタンス等によって時間遅れ（以下、「電流立ち上がり時間」という）が生じる。ＰＷＭ信号のパルス幅が電流立ち上がり時間より短いときには、ＰＷＭ信号のパルス幅内でモータ電流が立ち上がらないため、モータ電流がほぼ零となる。
この発明では、操舵トルクの第１の所定値に対応するＰＷＭ信号のデューティ比を第２の所定値とすると、ＰＷＭ信号のデューティ比が第２の所定値未満であるときのＰＷＭ信号のパルス幅が、当該パルスによってオンされるスイッチング素子を介してモータに流れるモータ電流の立ち上がり時間よりも短くなるように、ＰＷＭ信号の周波数が設定されている。これにより、ＰＷＭ信号のデューティ比が第２の所定値未満のときにモータ電流をほぼ零にすることができる。 When the duty ratio of the PWM signal is the same, the higher the frequency of the PWM signal, the shorter the pulse width of the PWM signal. On the other hand, when the motor current rises, a time delay (hereinafter referred to as “current rise time”) occurs due to the internal inductance of the motor. When the pulse width of the PWM signal is shorter than the current rise time, the motor current does not rise within the pulse width of the PWM signal, so the motor current becomes substantially zero.
In the present invention, assuming that the duty ratio of the PWM signal corresponding to the first predetermined value of the steering torque is the second predetermined value, the pulse width of the PWM signal when the duty ratio of the PWM signal is less than the second predetermined value However, the frequency of the PWM signal is set so as to be shorter than the rise time of the motor current flowing through the motor via the switching element turned on by the pulse. Thereby , the motor current can be made substantially zero when the duty ratio of the PWM signal is less than the second predetermined value .

これにより、操舵トルクが零付近である場合にモータ電流が流れない不感帯を設けることができる。このような不感帯を設けるために、専用の回路を付加したり、特別な操舵トルク検出手段を使用したりする必要がないので、構成が簡単でコストが低い電動パワーステアリング装置を実現できる。 This ensures that it is possible to provide a dead zone in which the motor current does not flow when the steering torque is around zero. In order to provide such a dead zone, it is not necessary to add a dedicated circuit or use a special steering torque detecting means, so that an electric power steering apparatus having a simple configuration and low cost can be realized.

前記ＰＷＭ信号生成手段は、請求項２に記載されているように、三角波発生手段（２２）と、前記三角波発生手段によって発生される三角波と前記電圧指令値生成手段によって生成される電圧指令値とに基づいて、前記電圧指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ手段（２３）とを含むものであってもよい。この場合には、前記ＰＷＭ信号の周波数は、前記三角波発生手段によって発生される三角波の周波数によって決定される。したがって、この場合には、ＰＷＭ信号のデューティ比が第２の所定値未満であるときのＰＷＭ信号のパルス幅が、当該パルスによってオンされるスイッチング素子を介してモータに流れるモータ電流の立ち上がり時間よりも短くなるように、三角波発生手段によって発生される三角波の周波数が設定されることになる。 As described in claim 2, the PWM signal generating means includes a triangular wave generating means (22), a triangular wave generated by the triangular wave generating means, and a voltage command value generated by the voltage command value generating means. And a PWM means (23) for generating a PWM signal having a duty ratio corresponding to the voltage command value. In this case, the frequency of the PWM signal is determined by the frequency of the triangular wave generated by the triangular wave generating means. Therefore, in this case, the pulse width of the PWM signal when the duty ratio of the PWM signal is less than the second predetermined value is greater than the rise time of the motor current flowing through the motor via the switching element turned on by the pulse. Therefore, the frequency of the triangular wave generated by the triangular wave generating means is set so as to be shorter .

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of an electric power steering device concerning one embodiment of this invention. 操舵トルクセンサによって検出される検出操舵トルクと、電圧指令値制生成回路によって生成される電圧指令値との関係を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the relationship between the detected steering torque detected by a steering torque sensor, and the voltage command value produced | generated by a voltage command value system production | generation circuit. 電圧指令値制生成回路によって生成される電圧指令値と、ＰＷＭ回路によって生成されるＰＷＭ信号のデューティ比との関係を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the relationship between the voltage command value produced | generated by the voltage command value system production | generation circuit, and the duty ratio of the PWM signal produced | generated by a PWM circuit. 図４（ａ）はＰＷＭ信号のデューティ比がしきい値未満である場合の、ＰＷＭ信号とモータ電流とを示すタイムチャートであり、図４（ａ）はＰＷＭ信号のデューティ比がしきい値以上である場合の、ＰＷＭ信号とモータ電流とを示すタイムチャートである。FIG. 4A is a time chart showing the PWM signal and the motor current when the duty ratio of the PWM signal is less than the threshold value, and FIG. 4A is the duty ratio of the PWM signal equal to or greater than the threshold value. It is a time chart which shows a PWM signal and a motor current in the case of. 操舵トルクセンサによって検出される検出操舵トルクと、モータ電流との関係を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the relationship between the detected steering torque detected by a steering torque sensor, and a motor current.

以下では、この発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置は、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイールに加えられる操舵トルクＴを検出する操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）１と、車両の舵取機構に減速機構を介して操舵補助力を与えるモータ（ブラシ付直流モータ）３と、操舵トルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴに基づいて、モータ３をオープンループ制御する制御回路（制御手段）２とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
The electric power steering apparatus includes a steering torque sensor (steering torque detection means) 1 for detecting a steering torque T applied to a steering wheel as an operation member for steering the vehicle, and a reduction mechanism for the steering mechanism of the vehicle. And a control circuit (control means) 2 that performs open-loop control of the motor 3 based on the steering torque T detected by the steering torque sensor 1. .

操舵トルクセンサ１の出力信号は、ステアリングホイールが右方向（正転方向）に操舵される場合には零以上の値となり、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクが大きいほど大きくなるように変化する。また、操舵トルクセンサ１の出力信号は、ステアリングホイールが左方向（逆転方向）に操舵される場合には零未満の値となり、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクが大きいほど小さくなるように変化する。   The output signal of the steering torque sensor 1 has a value of zero or more when the steering wheel is steered in the right direction (forward rotation direction), and changes so as to increase as the steering torque applied to the steering wheel increases. Further, the output signal of the steering torque sensor 1 becomes a value less than zero when the steering wheel is steered in the left direction (reverse direction), and changes so as to decrease as the steering torque applied to the steering wheel increases.

制御回路２は、電圧指令値生成回路（電圧指令値生成手段）２１、三角波発生回路（三角波発生手段）２２、ＰＷＭ回路（ＰＷＭ手段）２３および駆動回路（駆動手段）２４を備えている。三角波発生回路２２およびＰＷＭ回路２３によって、ＰＷＭ信号生成回路（ＰＷＭ信号生成手段）が構成されている。この実施形態では、制御回路２内の各回路２１〜２４は、アナログ回路で構成されている。   The control circuit 2 includes a voltage command value generation circuit (voltage command value generation means) 21, a triangular wave generation circuit (triangular wave generation means) 22, a PWM circuit (PWM means) 23, and a drive circuit (drive means) 24. The triangular wave generation circuit 22 and the PWM circuit 23 constitute a PWM signal generation circuit (PWM signal generation means). In this embodiment, each circuit 21-24 in the control circuit 2 is comprised with the analog circuit.

電圧指令値制生成回路２１は、操舵トルクセンサ１によって検出される操舵トルクＴに基づいて、目標モータ電流に応じた電圧指令値を生成する。電圧指令値制生成回路２１は、たとえば、増幅回路で構成され、図２に示すように、検出操舵トルクＴに比例した電圧指令値を生成する。
三角波発生回路２２は、三角波を発生する。ＰＷＭ回路２３は、三角波発生回路２２によって発生される三角波と、電圧指令値制生成回路２１によって生成される電圧指令値とに基づいて、電圧指令値に応じたデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ回路２３は、たとえば、正転用ＰＷＭ信号および逆転用ＰＷＭ信号を生成して、駆動回路２４に供給する。正転用のＰＷＭ信号のデューティ比は、図３に折れ線ｄａで示すように、電圧指令値が零以上であるときには電圧指令値が大きいほど大きくなり、電圧指令値が零未満であるときに零となる。一方、逆転用ＰＷＭ信号のデューティ比は、図３に折れ線ｄｂで示すように、電圧指令値が零未満であるときには電圧指令値が小さいほど大きくなり、電圧指令値が零以上であるときには零となる。 The voltage command value system generation circuit 21 generates a voltage command value corresponding to the target motor current based on the steering torque T detected by the steering torque sensor 1. The voltage command value system generation circuit 21 is constituted by an amplifier circuit, for example, and generates a voltage command value proportional to the detected steering torque T as shown in FIG.
The triangular wave generation circuit 22 generates a triangular wave. The PWM circuit 23 generates a PWM signal having a duty ratio corresponding to the voltage command value based on the triangular wave generated by the triangular wave generation circuit 22 and the voltage command value generated by the voltage command value system generation circuit 21. . Specifically, the PWM circuit 23 generates, for example, a forward rotation PWM signal and a reverse rotation PWM signal, and supplies them to the drive circuit 24. As indicated by a broken line da in FIG. 3, the duty ratio of the PWM signal for normal rotation increases as the voltage command value increases when the voltage command value is equal to or greater than zero, and becomes zero when the voltage command value is less than zero. Become. On the other hand, the duty ratio of the reverse PWM signal increases as the voltage command value is smaller when the voltage command value is less than zero, and becomes zero when the voltage command value is greater than or equal to zero, as indicated by a broken line db in FIG. Become.

駆動回路２４は、たとえば、２つの正転用スイッチング素子および２つの逆転用スイッチング素子を含むＨブリッジ回路からなる。具体的には、駆動回路２４は、ハイサイドの正転用スイッチング素子とローサイドの逆転用スイッチング素子とからなる直列回路と、ハイサイドの逆転用スイッチング素子とローサイドの正転用スイッチング素子とからなる直列回路とを含んでいる。これらの直列回路は、電源に対して並列に接続されている。そして、ハイサイドの正転用スイッチング素子とローサイドの逆転用スイッチング素子との接続点と、ハイサイドの逆転用スイッチング素子とローサイドの正転用スイッチング素子との接続点との間にモータ３が接続されている。各スイッチング素子は、たとえば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。このＨブリッジ回路を構成するスイッチング素子がＰＷＭ回路２３から与えられる正転用ＰＷＭ制御信号および逆転用ＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、電圧指令値に応じた方向および大きさのモータ電流がモータ３に流れるようになる。   The drive circuit 24 is formed of, for example, an H bridge circuit including two forward switching elements and two reverse switching elements. Specifically, the drive circuit 24 includes a series circuit composed of a high-side forward switching element and a low-side reverse switching element, and a series circuit composed of a high-side reverse switching element and a low-side forward switching element. Including. These series circuits are connected in parallel to the power supply. The motor 3 is connected between a connection point between the high-side forward switching element and the low-side reverse switching element and a connection point between the high-side reverse switching element and the low-side forward switching element. Yes. Each switching element is, for example, an FET (Field Effect Transistor). The switching elements constituting the H-bridge circuit are controlled by a forward rotation PWM control signal and a reverse rotation PWM control signal supplied from the PWM circuit 23, so that a motor current having a direction and magnitude corresponding to the voltage command value is supplied to the motor 3. To flow into.

具体的には、正転用スイッチング素子は正転用ＰＷＭ制御信号に基づいて制御され、逆転用スイッチング素子は逆転用ＰＷＭ制御信号に基づいて制御される。これにより、電圧指令値が零以上の場合には、逆転用スイッチング素子はオフとされ、正転用のスイッチング素子が正転用ＰＷＭ制御信号に基づいて制御される。具体的には、ローサイドの正転用スイッチング素子がオン状態とされ、ハイサイドの正転用スイッチング素子が正転用ＰＷＭ制御信号に応じてオンオフされる。これにより、モータ３が正転される。この場合には、電圧指令値が大きいほど（検出操舵トルクの絶対値が大きいほど）、モータ電流の絶対値が大きくなる。   Specifically, the forward switching element is controlled based on the forward PWM control signal, and the reverse switching element is controlled based on the reverse PWM control signal. Thereby, when the voltage command value is zero or more, the reverse switching element is turned off, and the forward switching element is controlled based on the forward PWM control signal. Specifically, the low-side forward switching element is turned on, and the high-side forward switching element is turned on / off according to the forward PWM control signal. Thereby, the motor 3 is rotated forward. In this case, the absolute value of the motor current increases as the voltage command value increases (as the absolute value of the detected steering torque increases).

一方、電圧指令値が零未満の場合には、正転用スイッチング素子はオフとなり、逆転用のスイッチング素子が逆転用ＰＷＭ制御信号に基づいて制御される。具体的には、ローサイドの逆転用スイッチング素子がオン状態とされ、ハイサイドの逆転用スイッチング素子が逆転用ＰＷＭ制御信号に応じてオンオフされる。これにより、モータ３が逆転される。この場合には、電圧指令値が小さいほど（検出操舵トルクの絶対値が大きいほど）、モータ電流の絶対値が大きくなる。こうして、検出操舵トルクの方向および大きさに応じた操舵補助力がモータ３によって発生される。   On the other hand, when the voltage command value is less than zero, the forward switching element is turned off, and the reverse switching element is controlled based on the reverse PWM control signal. Specifically, the low-side reverse switching element is turned on, and the high-side reverse switching element is turned on / off according to the reverse PWM control signal. Thereby, the motor 3 is reversely rotated. In this case, the smaller the voltage command value (the larger the absolute value of the detected steering torque), the greater the absolute value of the motor current. Thus, a steering assist force corresponding to the direction and magnitude of the detected steering torque is generated by the motor 3.

この実施形態では、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定のしきい値Ａ未満のときにモータ電流がほぼ零となるように、ＰＷＭ信号の周波数が設定されている。ＰＷＭ信号の周波数は三角波発生回路２２から発生される三角波の周波数によって決まるので、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定のしきい値Ａ以下のときにモータ電流がほぼ零となるように、三角波発生回路２２から発生される三角波の周波数が設定されている。しきい値Ａは、たとえば、５％程度に設定される。   In this embodiment, the frequency of the PWM signal is set so that the motor current becomes substantially zero when the duty ratio of the PWM signal is less than a predetermined threshold A. Since the frequency of the PWM signal is determined by the frequency of the triangular wave generated from the triangular wave generating circuit 22, the triangular wave generating circuit 22 is set so that the motor current becomes substantially zero when the duty ratio of the PWM signal is equal to or less than a predetermined threshold A. The frequency of the triangular wave generated from is set. The threshold value A is set to about 5%, for example.

図４（ａ）は、ＰＷＭ信号のデューティ比ｄが所定のしきい値Ａ未満のときのＰＷＭ信号（破線ｐ）およびモータ電流ｉを示している。図４（ｂ）は、ＰＷＭ信号のデューティ比ｄがしきい値Ａ以上のときのＰＷＭ信号（破線ｐ）およびモータ電流ｉを示している。
デューティ比ｄは、ＰＷＭ信号ｐの周期をａ、パルス幅をｂとすると、次式(1)で表される。 FIG. 4A shows the PWM signal (broken line p) and the motor current i when the duty ratio d of the PWM signal is less than a predetermined threshold A. FIG. 4B shows the PWM signal (broken line p) and the motor current i when the duty ratio d of the PWM signal is greater than or equal to the threshold value A.
The duty ratio d is expressed by the following equation (1), where a is the period of the PWM signal p and b is the pulse width.

ｄ＝ｂ／ａ …(1)
モータ電流ｉが立ち上がる際には、モータ３の内部インダクタンス等によって、時間遅れ（以下、「電流立ち上がり時間ＴＵ」という。）が生じる。たとえば、図４（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号ｐがＬレベルからＨレベルになったとしても、モータ電流ｉは直ちに立ち上がらない。つまり、ＰＷＭ信号ｐがＬレベルからＨレベルになってから、所定時間（電流立ち上がり時間ＴＵ）の経過後に、モータ電流ｉが立ち上がる。電流立ち上がり時間ＴＵは、モータ３等の特性によって決まる。 d = b / a (1)
When the motor current i rises, a time delay (hereinafter referred to as “current rise time T U ”) occurs due to the internal inductance of the motor 3 or the like. For example, as shown in FIG. 4B, even if the PWM signal p changes from the L level to the H level, the motor current i does not rise immediately. That is, the motor current i rises after a lapse of a predetermined time (current rising time T U ) after the PWM signal p changes from the L level to the H level. Current rise time T U is determined by the characteristics of the motor 3 and the like.

ＰＷＭ信号の周波数が高いほどＰＷＭ信号の周期ａは短くなるため、デューティ比が同じ場合には、ＰＷＭ信号の周波数が高いほどパルス幅ｂは短くなる。この実施形態では、ＰＷＭ信号ｐのデューティ比が所定のしきい値Ａ未満のときには、パルス幅ｂが電流立ち上がり時間ＴＵ未満となり、ＰＷＭ信号ｐのデューティ比がしきい値Ａ以上のときには、パルス幅ｂが電流立ち上がり時間ＴＵ以上となるように、ＰＷＭ信号ｐの周波数（三角波の周波数）が設定されている。 The higher the frequency of the PWM signal, the shorter the period a of the PWM signal. Therefore, when the duty ratio is the same, the higher the frequency of the PWM signal, the shorter the pulse width b. In this embodiment, when the duty ratio of the PWM signal p is smaller than the predetermined threshold value A, the pulse width b is less than current rise time T U, when the duty ratio of the PWM signal p is equal to or higher than the threshold value A, the pulse as the width b is the current rise time T U or more, the frequency of the PWM signal p (frequency of the triangular wave) is set.

図４（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号ｐのデューティ比ｄがしきい値Ａ以上である場合には、パルス幅ｂが電流立ち上がり時間ＴＵ以上となるため、ＰＷＭ信号のＨレベル期間（パルス幅）内にモータ電流ｉが立ち上がる。このため、ＰＷＭ信号のデューティ比ｄが所定のしきい値Ａ以上である場合には、モータ電流の平均値は電圧指令値に応じた電流値となる。 As shown in FIG. 4 (b), when the duty ratio d of the PWM signal p is equal to or more than the threshold A, since the pulse width b is current rise time T U above, H level period of the PWM signal ( The motor current i rises within (pulse width). For this reason, when the duty ratio d of the PWM signal is equal to or greater than the predetermined threshold A, the average value of the motor current is a current value corresponding to the voltage command value.

一方、図４（ａ）に示すように、ＰＷＭ信号ｐのデューティ比がしきい値Ａ未満である場合には、パルス幅ｂが立ち上がり時間ＴＵ未満となるため、ＰＷＭ信号のＨレベル期間（パルス幅）内に電流が立ち上がらない。このため、ＰＷＭ信号のデューティ比ｄが所定のしきい値Ａ未満である場合には、モータ電流の平均値はほぼ零となる。これにより、操舵トルクが零付近である場合にモータ電流が流れない不感帯を設けることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 4 (a), when the duty ratio of the PWM signal p is less than the threshold value A, since the pulse width b is less than the rise time T U, H level period of the PWM signal ( Current does not rise within (pulse width). For this reason, when the duty ratio d of the PWM signal is less than the predetermined threshold A, the average value of the motor current is almost zero. Thereby, it is possible to provide a dead zone where the motor current does not flow when the steering torque is near zero.

図３に示すように、逆転用ＰＷＭ信号および正転用ＰＷＭ信号のデューティ比ｄｂ，ｄａがしきい値Ａとなる電圧指令値を、それぞれ−Ｖ１，Ｖ１とする。また、図２に示すように、電圧指令値−Ｖ１，Ｖ１にそれぞれ対応する検出操舵トルクを−Ｔ１，Ｔ１とする。そうすると、検出操舵トルクＴに対するモータ電流（平均値）は、図５に示すようになる。具体的には、検出操舵トルクＴが零付近の領域（−Ｔ１〜Ｔ１）にある場合には、モータ電流はほぼ零となる。つまり、検出操舵トルクＴが零付近の領域（−Ｔ１〜Ｔ１）に、不感帯が設定される。検出操舵トルクがＴ１より大きい場合には、モータ電流の方向はモータ３を正転させる方向となり、検出操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど、モータ電流の絶対値が大きくなる。一方、検出操舵トルクが−Ｔ１より小さい場合には、モータ電流の方向はモータ３を逆転させる方向となり、検出操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど、モータ電流の絶対値が大きくなる。   As shown in FIG. 3, the voltage command values at which the duty ratios db and da of the reverse PWM signal and the forward PWM signal become the threshold value A are set to −V1 and V1, respectively. Further, as shown in FIG. 2, the detected steering torques corresponding to the voltage command values -V1 and V1 are -T1 and T1, respectively. Then, the motor current (average value) with respect to the detected steering torque T is as shown in FIG. Specifically, when the detected steering torque T is in a region near zero (-T1 to T1), the motor current is substantially zero. That is, the dead zone is set in a region (−T1 to T1) where the detected steering torque T is near zero. When the detected steering torque is greater than T1, the direction of the motor current is the direction in which the motor 3 is rotated forward, and the absolute value of the motor current increases as the absolute value of the detected steering torque T increases. On the other hand, when the detected steering torque is smaller than −T1, the direction of the motor current is the direction in which the motor 3 is reversed, and the absolute value of the motor current increases as the absolute value of the detected steering torque T increases.

なお、ＰＷＭ信号の周波数（三角波の周波数）は、次のようにして変更することができる。たとえば、三角波発生回路２２が、矩形波を発生する波形整形回路（たとえば、シュミット回路、マルチバイブレータ等）と、積分回路とで構成されている場合には、積分回路の構成要素であるコンデンサの容量を変更することによって、三角波の周波数を変更することができる。また、波形整形回路に含まれる分圧抵抗の比を変更することによって、三角波の周波数を変更することができる。   The frequency of the PWM signal (triangular wave frequency) can be changed as follows. For example, when the triangular wave generating circuit 22 includes a waveform shaping circuit (for example, a Schmitt circuit or a multivibrator) that generates a rectangular wave and an integrating circuit, the capacitance of a capacitor that is a component of the integrating circuit The frequency of the triangular wave can be changed by changing. Further, the frequency of the triangular wave can be changed by changing the ratio of the voltage dividing resistors included in the waveform shaping circuit.

この実施形態によれば、専用の回路を付加したり、特別な操舵トルクセンサを使用したりすることなく、検出操舵トルクが零付近である場合にモータ電流が流れない不感帯を設けることができる。このため、構成が簡単となるとともに、コストを低減させることができる。また、ＰＷＭ信号の周波数を変更することによって、不感帯の広いアシスト特性や、不感帯の狭いアシスト特性を得ることができる。具体的には、ＰＷＭ信号の周波数を高くすると不感帯の広いアシスト特性が得られ、ＰＷＭ信号の周波数を低くすると不感帯の広いアシスト特性が得られる。   According to this embodiment, it is possible to provide a dead zone where the motor current does not flow when the detected steering torque is near zero without adding a dedicated circuit or using a special steering torque sensor. For this reason, the configuration is simplified and the cost can be reduced. Further, by changing the frequency of the PWM signal, it is possible to obtain an assist characteristic having a wide dead zone or an assist characteristic having a narrow dead zone. Specifically, when the frequency of the PWM signal is increased, an assist characteristic having a wide dead zone is obtained, and when the frequency of the PWM signal is lowered, an assist characteristic having a wide dead zone is obtained.

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、ＰＷＭ信号の周波数を変更できるような構成にしてもよい。たとえば、三角波発生回路２２は、発生される三角波の周波数を変更できるものであってもよい。このようにすると、必要に応じて不感帯の幅やモータ電流（平均値）の制御範囲を変更することが可能となる。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, the PWM signal frequency may be changed. For example, the triangular wave generation circuit 22 may be capable of changing the frequency of the generated triangular wave. If it does in this way, it becomes possible to change the width of a dead zone and the control range of motor current (average value) as needed.

また、操舵トルクセンサは、その出力信号値が０Ｖ以上の値しかとらないものであってもよい。このような操舵トルクセンサの出力信号は、たとえば、ステアリングホイールが右方向に操舵される場合には基準電圧以上の値となり、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクが大きいほど小さくなる。また、ステアリングホイールが左方向に操舵される場合には、操舵トルクセンサの出力信号は、０Ｖ以上でかつ基準電圧未満の値となり、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクが大きいほど小さくなる。   Further, the steering torque sensor may be one whose output signal value takes only a value of 0V or more. For example, when the steering wheel is steered in the right direction, the output signal of such a steering torque sensor becomes a value equal to or higher than the reference voltage, and decreases as the steering torque applied to the steering wheel increases. When the steering wheel is steered leftward, the output signal of the steering torque sensor is a value that is 0 V or more and less than the reference voltage, and decreases as the steering torque applied to the steering wheel increases.

また、前記実施形態では、制御回路２内の電圧指示値生成回路２１、三角波発生回路２２およびＰＷＭ演算回路２３はアナログ回路で構成されているが、これらの各回路２１，２２，２３をソフトウエアによって実現してもよい。
また、この発明は、操舵補助力を発生するモータがブラシレスモータである場合でも、適用することができる。 In the above embodiment, the voltage instruction value generation circuit 21, the triangular wave generation circuit 22 and the PWM operation circuit 23 in the control circuit 2 are constituted by analog circuits. It may be realized by.
Further, the present invention can be applied even when the motor that generates the steering assist force is a brushless motor.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

１…操舵トルクセンサ、２…制御回路、３…モータ、２１…電圧指令値生成回路、２２…三角波発生回路、２３…ＰＷＭ回路、２４…駆動回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering torque sensor, 2 ... Control circuit, 3 ... Motor, 21 ... Voltage command value generation circuit, 22 ... Triangular wave generation circuit, 23 ... PWM circuit, 24 ... Drive circuit

Claims (2)

操舵補助力を発生するためのモータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクに基づいて、前記モータをオープンループ制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、
前記操舵トルク検出手段によって検出される操舵トルクに応じた電圧指令値であって、前記操舵トルクの絶対値が零より大きな第１の所定値未満である領域に対して電圧指令値が零となる不感帯が設定されていない電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
予め設定された一定の周波数を有し、前記電圧指令値生成手段によって生成される電圧指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
ＰＷＭ信号生成手段によって生成されたＰＷＭ信号に応じてオンオフされる複数のスイッチング素子を含むモータ駆動回路とを含み、
前記操舵トルクの前記第１の所定値に対応する前記ＰＷＭ信号のデューティ比を第２の所定値とすると、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が前記第２の所定値未満であるときの前記ＰＷＭ信号のパルス幅が、当該パルスによってオンされる前記スイッチング素子を介して前記モータに流れるモータ電流の立ち上がり時間よりも短くなるように、前記ＰＷＭ信号の周波数が設定されている、電動パワーステアリング装置。 A motor for generating steering assist force;
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Control means for performing open loop control of the motor based on the steering torque detected by the steering torque detection means,
The control means includes
A voltage command value corresponding to the steering torque detected by the steering torque detection means, and the voltage command value becomes zero for a region where the absolute value of the steering torque is less than a first predetermined value greater than zero. Voltage command value generating means for generating a voltage command value for which no dead zone is set ;
PWM signal generating means for generating a PWM signal having a predetermined frequency and a duty ratio corresponding to the voltage command value generated by the voltage command value generating means;
A motor drive circuit including a plurality of switching elements that are turned on and off according to the PWM signal generated by the PWM signal generation means,
When the duty ratio of the PWM signal corresponding to the first predetermined value of the steering torque is a second predetermined value, the PWM signal when the duty ratio of the PWM signal is less than the second predetermined value The electric power steering apparatus, wherein a frequency of the PWM signal is set such that a pulse width is shorter than a rising time of a motor current flowing in the motor via the switching element turned on by the pulse . 前記ＰＷＭ信号生成手段は、
三角波発生手段と、
前記三角波発生手段によって発生される三角波と前記電圧指令値生成手段によって生成される電圧指令値とに基づいて、前記電圧指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ手段とを含み、
前記ＰＷＭ信号の周波数が前記三角波発生手段によって発生される三角波の周波数によって決定される、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。 The PWM signal generating means includes
Triangular wave generating means;
PWM means for generating a PWM signal having a duty ratio corresponding to the voltage command value based on the triangular wave generated by the triangular wave generation means and the voltage command value generated by the voltage command value generation means,
The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein a frequency of the PWM signal is determined by a frequency of a triangular wave generated by the triangular wave generating means.
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